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  Realizing a deep reinforcement learning agent discovering real-time feedback control strategies for a quantum system

Reuer, K., Landgraf, J., Fösel, T., O'Sullivan, J., Beltrán, L., Akin, A., Norris, G. J., Remm, A., Kerschbaum, M., Besse, J.-C., Marquardt, F., Wallraff, A., & Eichler, C. (2023). Realizing a deep reinforcement learning agent discovering real-time feedback control strategies for a quantum system. Nature Communications, 14:. doi:10.1038/s41467-023-42901-3.

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基本情報

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アイテムのパーマリンク: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-000B-5DBE-8 版のパーマリンク: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-000D-E731-7
資料種別: 学術論文

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s41467-023-42901-3.pdf (全文テキスト(全般)), 2MB
ファイルのパーマリンク:
https://hdl.handle.net/21.11116/0000-000D-E52F-D
ファイル名:
s41467-023-42901-3.pdf
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-
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-
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CCライセンス:
-
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Bildschirmfoto 2023-11-10 um 08.36.28.png (付録資料), 56KB
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https://hdl.handle.net/21.11116/0000-000D-E732-6
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Bildschirmfoto 2023-11-10 um 08.36.28.png
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-
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-

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作成者

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 作成者:
Reuer, Kevin1, 著者
Landgraf, Jonas2, 3, 著者
Fösel, Thomas2, 3, 著者
O'Sullivan, James1, 著者
Beltrán, Liberto1, 著者
Akin, Abdulkadir1, 著者
Norris, Graham J.1, 著者
Remm, Ants1, 著者
Kerschbaum, Michael1, 著者
Besse, Jean-Claude1, 著者
Marquardt, Florian2, 3, 著者           
Wallraff, Andreas1, 4, 著者
Eichler, Christopher1, 著者
所属:
1Department of Physics, ETH Zurich, CH-8093 Zurich, Switzerland, ou_persistent22              
2Marquardt Division, Max Planck Institute for the Science of Light, Max Planck Society, Staudtstraße 2, 91058 Erlangen, DE, ou_2421700              
3Physics Department, University of Erlangen-Nuremberg, Staudtstraße 5, 91058 Erlangen, Germany, ou_persistent22              
4Quantum Center, ETH Zurich, CH-8093 Zurich, Switzerland, ou_persistent22              

内容説明

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キーワード: Quantum Physics, quant-ph
 要旨: To realize the full potential of quantum technologies, finding good strategies to control quantum information processing devices in real time becomes increasingly important. Usually these strategies require a precise understanding of the device itself, which is generally not available. Model-free reinforcement learning circumvents this need by discovering control strategies from scratch without relying on an accurate description of the quantum system. Furthermore, important tasks like state


preparation, gate teleportation and error correction need feedback at time scales much shorter than the coherence time, which for superconducting circuits is in the microsecond range. Developing and training a deep reinforcement learning agent able to operate in this real-time feedback regime has been an open challenge. Here, we have implemented such an agent in the form of a latency-optimized deep neural network on a field-programmable gate array (FPGA). We demonstrate its use to efficiently initialize a superconducting qubit into a target state. To train the agent, we use


model-free reinforcement learning that is based solely on measurement data. We study the agent’s performance for strong and weak measurements, and for three-level readout, and compare with simple strategies based on thresholding. This demonstration motivates further research towards adoption of


reinforcement learning for real-time feedback control of quantum devices and more generally any physical system requiring learnable low-latency feedback control.

資料詳細

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言語:
 日付: 2023-11-06
 出版の状態: オンラインで出版済み
 ページ: 14 pages, 10 figures
 出版情報: -
 目次: -
 査読: -
 識別子(DOI, ISBNなど): DOI: 10.1038/s41467-023-42901-3
 学位: -

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訴訟

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Project information

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出版物 1

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出版物名: Nature Communications
  省略形 : Nat. Commun.
種別: 学術雑誌
 著者・編者:
所属:
出版社, 出版地: London : Nature Publishing Group
ページ: - 巻号: 14 通巻号: 7138 開始・終了ページ: - 識別子(ISBN, ISSN, DOIなど): ISSN: 2041-1723
CoNE: https://pure.mpg.de/cone/journals/resource/2041-1723